Programmation linéaire Jean-Philippe Javet PDF

TD 7 : Exercice corrigé. Algorithme du simplexe. Méthode des deux phases. Exercice. Résoudre par la méthode des deux phases le modèle de programmation linéaire

FSJES-AC RECHERCHE OPERATIONNELLE Semestre 6 Filière

La méthode du simplexe est un algorithme qui permet la recherche de la solution optimale d'un programme linéaire donné. Dans la partie précédente ( Partie II )

Examens avec Solutions Recherche opérationnelle

1 – Ecrire le programme linéaire qui permet de maximiser le bénéfice de la société. 2 – Résoudre le problème par la méthode du simplexe interpréter les

Chapitre 3 Méthode du simplexe

optimisation linéaire max z = ctx. Ax = b

Exercice 1.2.1. Résoudre par le simplexe Max x1 + 2x2 sous −3x1

Solution optimale identique mais avec une étape de moins. 9. Page 10. Exercice 1.2.3. Résoudre par la méthode du simplexe. Min x1 − x2+ x3 sous

Programmation linéaire en nombres entiers : la méthode du simplexe

Programme linéaire entier facile : Un PLE qui en oubliant les contraintes d'intégrité

1. Le tableau du simplexe (version perso)

Donc l'application de la méthode du simplexe à un programme linéaire associé Exercice 1. Résoudre en utilisant le tableau du simplexe. Maximiser f:(x1 x2 ...

Recherche opérationnelle

2 La programmation linéaire - Méthode du simplexe. 31. 2.1 Introduction 2.2.6 Exercices récapitulatifs .

Modèles linéaires: étude de cas industriels et économiques

10 mai 2011 ... programme linéaire peut ... 6.3 Algorithme du simplexe: exercices calculatoires. Résoudre le problème linéaire suivant par la méthode du simplexe.

Chapirte1 : Formulation dun programme linéaire (Modélisation) : 1

Exercice 3 : une entreprise possède deux usines U1 et U2 l'usine U1 dispose de Résoudre le programme linéaire suivant en utilisant la méthode de simplexe.

1 Programmation linéaire

Méthodes Numériques. Document 4 : Corrigé des exercices d'optimisation linéaire Le tableau de départ pour la méthode du simplexe est donc :.

TD 7 : Exercice corrigé Algorithme du simplexe Méthode des deux

Algorithme du simplexe. Méthode des deux phases. Exercice. Résoudre par la méthode des deux phases le modèle de programmation linéaire suivant :.

Programmation linéaire Jean-Philippe Javet

6.5 Exemple accompagné (reprise de l'exercice 3.1 déjà étudié en page 17) : . . . . . . . . . 47. 7 Résolution par la méthode du simplexe.

Exercice corrigé sur la méthode des deux phases

Exercice corrigé. Algorithme du simplexe forme tableaux

Recherche opérationnelle

2 La programmation linéaire - Méthode du simplexe. 31. 2.1 Introduction . 2.2.6 Exercices récapitulatifs .

Simplexe forme Tableau Exercice corrigés Exercice N° 1 : Soit le

Simplexe forme Tableau. Exercice corrigés. Exercice N° 1 : Soit le problème de Programmation linéaire suivant : Max Z = 3x1 + 2x2.

- Exercices de TD - 1 Modélisation.

Résoudre la relaxation linéaire de ce probl`eme en utilisant l'algorithme du simplexe du TP1. - Exercice 5 - Taxis. Une compagnie de taxi dispose de quatre

Programmation linéaire en nombres entiers : la méthode du simplexe

Méthode du simplexe : en oubliant les contraintes d'intégrité il se peut que la soln optimale soit entière auquel cas nous avons résolu le problème demandé

LES ÉTAPES DE LALGORITHME DU SIMPLEXE

Un programme linéaire (PL) mis sous la forme particulière où toutes les contraintes sont des équations et toutes les variables sont non négatives est dit sous

Programmation linéaire

Programmation linéaire. 1. Le problème un exemple. 2. Le cas b = 0. 3. Théorème de dualité. 4. L'algorithme du simplexe. 5. Problèmes équivalents.

Programmation linéaire

2 eOption spécifique

Jean-Philippe Javet

x3 x 4 x 5x

1x2x3x4x5¨°°3 4 1 0 0 42001 3 0 1 0 24002 2 0 0 1 2600

100 120 0 0 0 0

http://www.javmath.ch

Table des matières

1 Introduction 1

1.1 Préambule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 1

1.2 Un exemple résolu par voie graphique . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 2

2 Résolution de systèmes d"inéquations à 2 ou 3 variables 5

2.1 Inéquations linéaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 5

2.2 Système d"inéquations linéaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 8

2.3 Ensembles convexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 12

2.3.1 Quelques propriétés des ensembles convexes . . . . . . . .. . . . . . . . . . 12

3 Traduction des problèmes en langage mathématique 15

3.1 Un exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15

4 Résolution graphique d"un problème à 2 variables 21

4.1 Reprenons l"exemple résolu au premier chapitre . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 21

4.2 Résolution graphique d"un problème de minimisation . . .. . . . . . . . . . . . . . 22

5 Résolution graphique d"un problème à 3 variables 25

5.1 Un exemple à 3 variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 25

5.2 Un théorème important . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 29

5.3 Exemple FIL ROUGE (à compléter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 29

6 Résolution par méthode algébrique 33

6.1 Variables d"écart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 33

6.2 Coefficients des variables d"écart dans la fonction économique . . . . . . . . . . . . . 34

6.3 Résolution complète de l"exemple FIL ROUGE . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 36

6.4 Marche à suivre de la méthode algébrique . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 46

6.5 Exemple accompagné(reprise de l"exercice 3.1 déjà étudié en page 17): . . . . . . . . . 47

7 Résolution par la méthode du simplexe 55

7.1 Résolution du problème FIL ROUGE par la méthode du simplexe . . . . . . . . . . 55

7.2 Marche à suivre de la résolution matricielle . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 60

I II

7.3 Les variables dans et hors programme dans la résolution matricielle . . . . . . . . . 61

7.4 Exemple accompagné . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 62

7.5 Quelques remarques pour terminer . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 66

8 OpenOffice pour résoudre des problèmes de P.L. 67

8.1 Résolution de l"exemple accompagné(cf. pages 47 et 62). . . . . . . . . . . . . . . . 67

8.2 Quelques exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 70

A Quelques éléments de solutions I

A.2 Résolution de systèmes d"inéquations . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . I

A.3 Traduction des prob. en langage mathématique . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . II A.4 Résolution graphique d"un prob. à 2 variables . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . IV A.5 Résolution graphique d"un prob. à 3 variables . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . IV

A.6 Résolution par méthode algébrique . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . V

A.7 Résolution par méthode du simplexe . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . VI A.8 OpenOffice pour résoudre des problèmes de P.L. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . VII

Index VIII

Introduction

1.1 Préambule

Laprogrammation linéairepeut se définir comme une technique mathématique permettant

de résoudre des problèmes de gestion et particulièrement ceux où le gestionnaire doit déterminer,

face à différentes possibilités, l"utilisation optimale des ressources de l"entreprise pour atteindre

un objectif spécifique comme la maximisation des bénéfices oula minimisation des coûts. Dans la

plupart des cas, les problèmes de l"entreprise pouvant êtretraités par la programmation linéaire

comportent un certain nombre de ressources. On peut mentionner, par exemple,la main-d"uvre,

les matières premières, les capitaux, ... qui sont disponibles en quantité limitée et qu"on veut

répartir d"une façon optimale entre un certain nombre de processus de fabrication. Notre approche

pour résoudre ce type de problèmes sera divisée en deux étapes principales :

a) La modélisationdu problème sous forme d"équations ou d"inéquations linéaires qui permet-

tra ainsi de bien identifier et structurer les contraintes que doivent respecter les variables du

modèle; de plus, on doit définir l"apport de chaque variable àl"atteinte de l"objectif poursuivi

par l"entreprise, ce qui se traduira par une fonction à optimiser. b)La détermination de l"optimum mathématiqueà l"aide de certaines techniques propres à la programmation linéaire.

Nous étudierons 3 méthodes pour résoudre les différents types de problèmes de programmation

linéaire; la première est basée sur une résolution graphique, elle est donc limitée à 2 ou 3 variables.

La deuxième méthode est plus algébrique et elle justifiera latroisième qui porte le nom de

méthode (ou algorithme) du simplexe.

Plan général du polycopié :

(I)Un exemple résolu par voie graphique (II)Résolution de systèmes d"inéquations à 2 ou 3 variables (III)Traduction des problèmes en langage mathématique (IV)Résolution de problèmes de programmation linéaire à 2 variables par voie graphique (V)Résolution de problèmes de programmation linéaire à 3 variables par voie graphique (VI)Résolution de problèmes de programmation linéaire par méthode algébrique (VII)Résolution de problèmes de programmation linéaire par méthode du simplexe 1

2 CHAPITRE 1. INTRODUCTION

1.2 Un exemple résolu par voie graphique

Problème:La direction d"une usine de meubles a constaté qu"il y a des temps morts dans chacun des départements de l"usine. Pour remédier à cette situation, elle décide d"utiliser ces temps morts pour fabri- quer deux nouveaux modèles de bureaux,M1etM2. Les temps de réalisation pour chacun de ces modèles dans les ateliers de sciage, d"assemblage et de sablage ainsi que les temps libres dans chacun de ces ateliers sont donnés dans le tableau ci-dessous. Ces temps représentent le nombre d"heures nécessaires à un homme pouref- fectuer le travail. Les profits que la compagnie peut réaliser pour chacun de ces modèles sont de Fr. 300.- pourM1et de Fr. 200.- pourM2.

M1M2Temps libres

Sciage 1 2 20

Assemblage 2 1 22

Sablage 1 1 12

La direction désire déterminer combien de bureaux de chaquemo- dèle elle doit fabriquer pour maximiser son profit. Solution:Posonsx1le nombre de bureaux du modèleM1etx2le nombre de bureaux du modèleM2. Les temps libres de chaque département imposent des contraintes qu"il faut respecter. La contrainte imposée par les temps libres à l"atelier de sciage : x les autres contraintes sont : x Il s"ajoute à ces contraintes des contraintes denon-négativité puisque le nombre de bureaux ne peut être négatif, on a donc : x

1ě0 etx2ě0

CHAPITRE 1. INTRODUCTION 3

Graphiquement les solutions réalisables sont les points dupolygone convexe de la figure suivante : x1

246810121416182022

x2 2 4 6 8 10

12x1`x2"122x

1`x 2"22 x1`2x2"20 La direction veut maximiser son profit, c"est-à-dire maximiser la fonction : fpx1;x2q "300x1`200x2 Pour chacune de ces solutions, c"est-à-dire pour chacun despoints du polygone convexe, la compagnie fera un profit positif. Si la com- pagnie fabrique trois exemplaires du modèleM1et deux exemplaires du modèleM2, le profit sera : fp3;2q "300¨3`200¨2"1300 (Fr.) Il ne saurait être question de calculer le profit réalisable pour chacun des points du polygone convexe. Pour avoir une vision globale du problème, représentons le profit réalisé par le paramètrep. On a :

300x1`200x2"p

qui représente une famille de droites parallèles. En isolantx2, on obtient : x

2" ´300x1

200`p200

2" ´3

2x1`p200

Il s"agit donc d"une famille de droites de pente´3{2 et dont l"ordon- née à l"origine estp{200. Parmi les droites de cette famille, seules celles ayant des points communs avec le polygone convexe nous inté- ressent. La fonctionfpx1;x2qatteindra sa valeur maximale lorsque l"ordonnée à l"originep{200 de la droite : x

2" ´3

2x1`p200

atteindra sa valeur maximum tout en passant par au moins un des points du polygone convexe.

4 CHAPITRE 1. INTRODUCTION

246810121416182022

x2 2 4 6 8 10

12x1`x2"122x

1`x 2"22 x1`2x2"20 Graphiquement on constate que la droite respectant ces conditions semble être la droite de la famille passant par le point-sommet p10;2q. Le profit est alors : fp10;2q "300¨10`200¨2"3400 (Fr.) Il reste à s"assurer algébriquement des coordonnées du point- sommet en résolvant le système : #2x1`x2"22 x

1`x2"12ñ"x1"10

x 2"2 2 Résolution de systèmes d"inéquations à 2 ou 3 variables

2.1 Inéquations linéaires

Cette partie est consacrée à la présentation des définitionset des propriétés des inéquations, de systèmes d"inéquations linéaires et d"ensemble-solution des systèmes d"inéquations linéaires. Nous ac- corderons de l"importance à ces définitions parce qu"elles sont in- dispensables pour la compréhension des démarches de résolution de problèmes de programmation linéaire. Définition:Uneinéquation linéaireest une expression de la forme : a oùxisont les variables (ou inconnues), lesaisont les coefficients des variables,best une constante etnest le nombre d"inconnues.

Remarque:Une expression de la forme :

1x1`a2x2`a3x3` ¨¨¨ `anxněb

est également une inéquation linéaire àninconnues. Cependant, en multipliant les deux termes de l"inéquation par un nombre négatif, on change également le sens de l"inégalité. On peut donc toujours exprimer une inéquation linéaire sous la forme : a et nous utiliserons cette forme dans toutes les définitions. Définition:On appellerasolution d"une inéquation linéaireàninconnues de la forme : a toutn-tuplet :pk1;k2;k3;...;knqpour lequel : a 5

6 CHAPITRE 2. RÉSOLUTION DE SYSTÈMES D"INÉQUATIONS À 2 OU 3 VARIABLES

Ce n"est pas la seule solution de cette inéquation; les couplesp0;0q, p1;2q,p3;1qsont également des solutions. L"ensemble des solutions de cette inéquation est un demi-plan dans le système d"axesOx1x2. Lafrontièrede ce demi-plan est la droite

2x1`3x2"9

x1´112345 x2 ´1 1 2 3

2x1`3x2ă9

2x1`3x2ą92x

1`3x 2"9 Constatations:Pour déterminer l"ensemble-solution d"une inéquation linéaire à deux inconnues, on commence par tracer la droite-frontière, puis à l"aide d"un couple, on détermine par substitution de quel côté de la frontière sont les couples qui satisfont à l"inéquation.Lorsque l"in- équation ne comporte qu"une inégalité stricte < ou > la frontière ne fait pas partie de l"ensemble-solution de l"inéquation.

Exemple 2:

´112345x1

´1 1 2 3 x2 x

1`2x2ă5Représenter l"ensemble-solution de l"inéquationx1`2x2ă5 :

Exercice 2.1:Représenter l"ensemble-solution des inéquations proposées :

´112345x1

´1 1 2 3 x2 x

´112345x1

´1 1 2 3 x2

4x1`6x2ą12

CHAPITRE 2. RÉSOLUTION DE SYSTÈMES D"INÉQUATIONS À 2 OU 3 VARIABLES 7 x3 x 2 x 1 p0;0;b{a3q p0;b{a2;0q pb{a1;0;0qLorsque l"inéquation comporte trois inconnues, la frontière est un plan. Ainsi la frontière de l"inéquation : a est un plan coupant les axes aux points représentant le triplet : pb{a1;0;0q;p0;b{a2;0q;p0;0;b{a3q

En effet :

Lorsqu"on représente un tel plan, il est d"usage de représenterles traces du plansur les plans du système d"axes. On ne donne en fait qu"une partie du plan puisque celui-ci s"étend à l"infini. Exemple 3:Représenter l"ensemble-solution de l"équation 4x1`6x2`3x3"12 :

1234x2

1 2 3 4x3 1 2 3 4 x 1 Exercice 2.2:Représenter l"ensemble-solution des équations proposées:

1234x2

1 2 3 4x3 1 2 3 4 x 1

6x1`8x2`12x3"24

1234x2

1 2 3 4x3 1 2 3 4 x 1

2x1`3x2"6

8 CHAPITRE 2. RÉSOLUTION DE SYSTÈMES D"INÉQUATIONS À 2 OU 3 VARIABLES

Le plan, ensemble solution d"une équation à 3 inconnues, divise l"espace en deuxdemi-espaces. L"un de ces demi-espaces en union avec la frontière forme l"ensemble-solution d"une inéquation linéaire

à trois inconnues.

Lorsque l"inéquation comporte plus de trois inconnues, on ne peut plus représenter l"ensemble-solution graphiquement; cependant, les définitions seront toujours posées à partir des systèmes d"inéqua- tions àninconnues. Définition:L"ensemble-solution d"une inéquation de la forme : a est appelédemi-espace fermé. Si l"inéquation est définie par une inégalité stricte (<), ledemi- espace est ditouvert. La frontière de ce demi-espace est l"ensemble- solution de l"équation linéaire : a

1x1`a2x2`a3x3` ¨¨¨ `anxn"b

Cet ensemble-solution est appelé unhyperplande

?n.

2.2 Système d"inéquations linéaires

Définition:On appellesystème deminéquations linéaires àninconnues un système de la forme : %a a a a oùxjest une variable dans la colonnej,aijest le coefficient de la variablexjsur la lignei,biest la constante de la lignei,nest le nombre d"inconnues etmest le nombre d"inéquations.

Exemple 4:Dans le système suivant :

23"... a31"... a......" ´2

CHAPITRE 2. RÉSOLUTION DE SYSTÈMES D"INÉQUATIONS À 2 OU 3 VARIABLES 9 Définition:Unn-tupletpk1;k2;k3;...;knqestune solution d"un système deminéquations àninconnuess"il est solution de chacune des inéquations du système, c"est-à-dire si chacune des inégalités suivantes est vérifiée : %a aquotesdbs_dbs1.pdfusesText_1

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Programmation linéaire

Jean-Philippe Javet

1x2x3x4x5¨°°3 4 1 0 0 42001 3 0 1 0 24002 2 0 0 1 2600

100 120 0 0 0 0

Table des matières

1 Introduction 1

1.1 Préambule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 1

1.2 Un exemple résolu par voie graphique . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 2

2 Résolution de systèmes d"inéquations à 2 ou 3 variables 5

2.1 Inéquations linéaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 5

2.2 Système d"inéquations linéaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 8

2.3 Ensembles convexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 12

2.3.1 Quelques propriétés des ensembles convexes . . . . . . . .. . . . . . . . . . 12

3 Traduction des problèmes en langage mathématique 15

3.1 Un exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15

4 Résolution graphique d"un problème à 2 variables 21

4.1 Reprenons l"exemple résolu au premier chapitre . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 21

4.2 Résolution graphique d"un problème de minimisation . . .. . . . . . . . . . . . . . 22

5 Résolution graphique d"un problème à 3 variables 25

5.1 Un exemple à 3 variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 25

5.2 Un théorème important . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 29

5.3 Exemple FIL ROUGE (à compléter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 29

6 Résolution par méthode algébrique 33

6.1 Variables d"écart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 33

6.2 Coefficients des variables d"écart dans la fonction économique . . . . . . . . . . . . . 34

6.3 Résolution complète de l"exemple FIL ROUGE . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 36

6.4 Marche à suivre de la méthode algébrique . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 46

6.5 Exemple accompagné(reprise de l"exercice 3.1 déjà étudié en page 17): . . . . . . . . . 47

7 Résolution par la méthode du simplexe 55

7.1 Résolution du problème FIL ROUGE par la méthode du simplexe . . . . . . . . . . 55

7.2 Marche à suivre de la résolution matricielle . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 60

7.3 Les variables dans et hors programme dans la résolution matricielle . . . . . . . . . 61

7.4 Exemple accompagné . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 62

7.5 Quelques remarques pour terminer . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 66

8 OpenOffice pour résoudre des problèmes de P.L. 67

8.1 Résolution de l"exemple accompagné(cf. pages 47 et 62). . . . . . . . . . . . . . . . 67

8.2 Quelques exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 70

A Quelques éléments de solutions I

Index VIII

Introduction

1.1 Préambule

Plan général du polycopié :

2 CHAPITRE 1. INTRODUCTION

1.2 Un exemple résolu par voie graphique

M1M2Temps libres

Sciage 1 2 20

Assemblage 2 1 22

Sablage 1 1 12

1ě0 etx2ě0

CHAPITRE 1. INTRODUCTION 3

246810121416182022

12x1`x2"122x

300x1`200x2"p

2" ´300x1

200`p200

2" ´3

2x1`p200

2" ´3

2x1`p200

4 CHAPITRE 1. INTRODUCTION

246810121416182022

12x1`x2"122x

1`x2"12ñ"x1"10

2.1 Inéquations linéaires

Remarque:Une expression de la forme :

1x1`a2x2`a3x3` ¨¨¨ `anxněb

6 CHAPITRE 2. RÉSOLUTION DE SYSTÈMES D"INÉQUATIONS À 2 OU 3 VARIABLES

2x1`3x2"9

2x1`3x2ă9

2x1`3x2ą92x

Exemple 2:

´112345x1

1`2x2ă5Représenter l"ensemble-solution de l"inéquationx1`2x2ă5 :

´112345x1

´112345x1

4x1`6x2ą12

En effet :

1234x2

1234x2